Instituto de Investigaciones

Estéticas Lab. Mecate

Manual de Uso Este proyecto fue producido en el marco del proyecto “registro de estructuras

arqueológicas basado en fotogrametría aérea“ IT400213-2

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Introducción

El hexacóptero S800 es un vehículo aéreo no tripulado (UAV "Unmanned Aerial Vehicle"), coloquialmente conocido como dron. Los vehículos aéreos no tripulado pueden ser controlados desde una ubicación remota o de forma autónoma con rutas de vuelo preprogramadas usando sistemas globales de navegación satelital. Está equipado con sensores como: acelerómetro, magnetómetro, giroscopio y GPS

Este manual describe las especificaciones, características y componentes del equipo. Se explica el armado, calibración y uso adecuado de las baterías.

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Descripción del equipo

Los drones son una herramienta muy poderosa para capturar las imágenes aéreas de la manera requerida por los procesos fotogramétricos. Deben cumplir con ciertas características: chasis rígido, sistema de motores estables, capacidad de carga, está equipado con una cámara de alta resolución y soporte de cámara.

El dron S800 cuenta con un sistema de cableado de silicona integrado al chasis y brazos, para un diseño ligero libre de cables externos que permite integrar equipos necesarios para la fotografía aérea. Su configuración de 6 motores asegura vuelos estables, la capacidad de cargar equipo fotográfico y la resistencia a las turbulencias causadas por el viento. Adicionalmente tiene integrado al chasis un sistema de amortiguación que reduce las vibraciones estructurales del chasis y proporciona un entorno operativo más estable. El soporte de la cámara cuenta con un sistema automático de auto estabilización y una amplia libertad de movimiento de la cámara.

El sistema de control de vuelo permite pilotear el dron de manera manual o empleando instrumentos electrónicos de vuelo para realizar rutas predefinidas, haciendo uso del sistema de posicionamiento global (GPS).

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Especificaciones:

Baterías LiPo: (Polímero de Litio)

Las baterías LiPo tienen una mayor capacidad de carga que las baterías de litio: por lo que se utilizan en vehículos, aviones y drones a control remoto. Vienen integradas en conjuntos de celdas; cada celda (S1) tiene un voltaje de 3.7 volts ; su máxima configuración es de 6 celdas (6S). Las celdas requieren una carga balanceada para un rendimiento óptimo y evitar flujos irregulares de voltaje.

Especificaciones técnicas:

 Li-PO 1S: una celda, 3,7 V.  Li-PO 2S: dos celdas, 7,4 V.  Li-PO 3S: tres celdas, 11,1 V.  Li-PO 4S: cuatro celdas, 14,8 V.  Li-PO 5S: cuatro celdas, 17,5 V.  Li-PO 6S: cuatro celdas, 22,2 V.

La carga máxima no debe rebasar los 25.2 volts por las 6 celdas.

Batería hexacóptero:

2x 25C, 5200 mAh, 6S1P, 22.2 V.

Nombre “Hutzilin”Modelo S800Material Fibra de CarbonoPeso 3.5 KgPeso de carga 3.5 Kg Peso máximo al despegue 7 KgBeterias LiPo (6S, 1000mAh - 15000mAh 15CConsumo de energía 7200WTiempo máximo de vuelo 15 minutos con un peso de total de 7KgNúmero de motores 6 x 320 rpm/VData Link 2.4 GHzControl remoto Futaba 8JSoporte de cámara Zenmuse Z15Control remoto soporte WF FlCámara fotográfica Sony Nex7Sistema de control de vuelo WooKong-M Video Downlink 5.8 GHzSoftware Ground Station

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Componentes de la placa central:

Sistema de diseño integrado: El tablero central concentra los instrumentos de vuelo. Algunos de sus componentes cuenta con un sistema integrado de cableado interno, de interconexión y de distribución de energía.

Sistema de control de vuelo

El dron S800 cuenta con un sistema de control de vuelo WooKong-M que le permite realizar los desplazamientos y maniobras necesarias mientras se mantienen en el aire. Estos movimientos son instrucciones desde tierra por una persona o se realizan siguiendo un plan de vuelo preestablecido.

Los planes de vuelo se definen previamente al despegue y los drones siguen estas rutas establecidas. En otros casos, los drones son maniobrados desde la base por una persona. Son sistemas autónomos de vuelo que puedan tomar decisiones sobre el terreno en función de las nuevas condiciones que se produzcan y las ordenes que se le indiquen, existe la posibilidad de enviar datos de una nueva ruta mientras está en vuelo. Cuenta con un sistema de retorno seguro que regresa al dron al punto inicial de salida en caso de una emergencia o terminación de batería.

IMU (Inertial Measurement unit) Es la unidad de medición inercial. Consta de un acelerómetro de 3 ejes, un giroscopio de 3 ejes, un barómetro y un magnetómetro. El acelerómetro calcula la tensión proporcional a la aceleración; el giroscopio se utiliza para medir la velocidad angular de los cambios de posición; el magnetómetro es el instrumento de orientación que permite saber en todo momento la dirección a la que apunta el dron; y el sensor de presión barométrica se utiliza para calcular con exactitud la altitud real de vuelo. La ubicación del IMU siempre deberá estar alineado con el tablero central y la flecha de dirección del dispositivo del GPS.

GPS

El sistema de posicionamiento global permite conocer en todo el mundo la posición del dron.

Main Controller (MC) x1 Es el cerebro del sistema, procesa todos los datos y establece la comunicación ente el IMU, el GPS y el transmisor del control remoto. Recibe y calcula la lectura de todos los sensores permitiendo evaluar los parámetros del vuelo.

Sistema de energía (PMU Battery) Permite alimentar de corriente a todo los módulos y componentes.

Enlace de datos inalámbrico Data Link (LK24) Es el sistema de comunicación del controlador de vuelo con la aplicación Ground Station, cuenta con un equipo transmisor inalámbrico en el dron y un equipo de recepción en tierra. Es de 2.4 Ghz, su rango de comunicación es de 500 metros en zonas urbanas y hasta 3 km en zonas de campo abierto.

Receptor Futaba (receptor Futaba R2008SB) Establece la comunicación entre el sistema de control de vuelo y el control remoto, para la operación del vuelo de forma manual remota. En zonas urbanas su rango recomendado es de 500 metros y en campo libre hasta 900 metros.

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Componentes adicionales:

LED Indicator x1 Indica los distintos estados del sistemas de monitoreo y alerta.

Control Remoto (Futaba 8J) Sistema de radio control de 8 canales y telemetría. Cuenta con dos joystick: uno para ajustar la altura del dron y para la rotación sobre su propio eje, y el segundo para su desplazamiento en el sentido del dron y de manera lateral.

Transmisión de video: El equipo de transmisión de video FPV (first-person view), se utiliza para obtener una referencia visual para pilotear un vehículo aéreo no tripulado o un avión controlado por radio. También se utiliza para monitorear la orientación de la cámara fotográfica. El sistema está compuesto por un convertidor de señal digital mini HDMI a un convertidor analógico NTSC.

Soporte de cámara (Zenmuse Z15) El sistema Zenmuse es un soporte de cámara integrado con una tecnología de auto estabilización. Cuenta con un radio control independiente WFT07 de 7 canales para operar de manera remota los movimientos de la cámara.

Modos de control del soporte:

Non Orientation-locked: el movimientos de la cámara está controlado únicamente por los joyticks del control remoto, de manera independiente a los giros del dron; utilizando la auto estabilización en su eje horizontal.

Orientation-locked: la dirección frontal de la cámara siempre está orientada en la misma dirección que el dron. En este modo el control remoto solo modificará el ángulo de rotación vertical de la cámara para tomas frontales o en dirección del piso. Utilizan el sistema de auto estabilización en su eje horizontal.

PFV (First Person Viewer): el frente de la cámara siempre está orientado en la misma dirección que el dron; el sistema de auto estabilización permitirá siempre la horizontalidad de la cámara aún en zonas turbulentas. Desactiva en su totalidad los movimientos con el control remoto.

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Dirección frontal

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Disparador de tiempo de la cámara (shutter timer) El disparador de la cámara establece los lapsos entre dos tomas fotográficas. El micro controlador está configurado con tres botones para establecer los tiempos del disparador : el botón de la izquierda corresponde a los minutos, el central a los segundos y el botón de la derecha para la centésimas de segundo. Se conecta a un LED infrarrojo que envía la señal a la cámara Sony Nex7.

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GPS

Zenmuse

LED indicador

Tablero central

Brazos

Cámara

Aspas

IMU

GPS

PMU Battery

LED

MAIN CONTROLLER

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GPS

auto-estabilizacióncontrolador

de vuelo

hasta 45fotos/min

hasta 15 min de vuelo

HDMI RCA

dron CR cámara CR

6 motores

PC ground station

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Radio Control Futaba 8J:

Se utilizarán solamente algunos de los botones del control remoto Futaba 8J: el switch “E” para cambiar a los distintos modos de vuelo (GPS ATI, ATTI y manual), y los dos joyticks.

Modos de vuelo: GPS Atti: la operación del vuelo se realizar de manera manual con los josticks, pero siempre con una ubicación georeferenciada del dron, lo cual hace que este pueda quedar en una posición fija si es necesario. Se utiliza este también este modo de control para realizar vuelos de manera autónoma empleando rutas de vuelo definidas con la aplicación Ground Station.

ATI: es el modo de operación de vuelo manual y cuando se liberan las palancas del control el dron sigue moviéndose por la inercia de su desplazamiento. Envía la información de los instrumentos barométricos para determinar altitud y velocidad.

MANUAL: la operación de vuelo será totalmente de manual, si el uso de los instrumentos barométricos. Se requiere mucha pericia y experiencia para volar en este modo.

Los joysticks del control remoto tienen las siguientes funciones: para la palanca de la izquierda, su movimiento vertical determina la elevación del dron, y su movimiento horizontal los giros del dron sobre su propio eje. Para la palanca de la derecha, su movimiento horizontal se emplea para los desplazamientos laterales, y su movimiento vertical para su desplazamiento frontal o hacia atrás.

IMPORTANTE • El sistema de radio control, siempre deberá prenderse antes de conectar las baterias al dron. • El joystick de elevación deberá estar inclinado hacia la parte inferior, para evitar accidentes al momento de conectar las

baterías.

Uso y configuración

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SW(E)

Power Switch

1.- GPS2.- ATI3.- Manual

IZQ-DER

ADELANTE

ATRAS

ELEVAR

BAJAR

GIRAR

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Armado del dron:

Para el almacenamiento y traslado del dron es indispensable que se encuentre desarmado en su caja de resguardo. Por ello, es necesario saber ensamblar y conectar adecuadamente sus componentes:

1.- Ensamblar los brazos del dron con el tablero central: los dos brazos con LED color rojo se colocarán en la parte trasera del dron, en el extremo opuesto a la ubicación de la cámara o en la dirección opuesta de la flecha de orientación del GPS. Se utilizan para identificarla la parte trasera del dron desde tierra en el momento del vuelo.

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2.- Cada brazo está marcado por un punto o una cruz. Su colocación deberá corresponder con las marcas dibujadas en el tablero central. Las aspas con la marca en cruz, giran en sentido contrario a las aspas con marca de punto.

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①

②③

④

⑤⑥

Frente

LED

LED rojo

cruz

punto

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3.- Colocar cada brazo en la ranura correspondiente y verificar que el seguro esté bien apretado.

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4.- Cuando todos los brazos estén asegurados colocar la placa central y los brazos como se indica en la ilustración, girar la cabeza correspondiente a cada seguro. Es muy importante verificar que todo esté bien colocado.

#

6 .7F 5

①

②③

④

⑤ ⑥

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Colocación de baterias:

El dron S800 requiere la energía de dos baterías que se colocan en una placa la cual se sujetará firmemente con un cincho. La placa se montar y alinea con la estructura del dron; es importante verificar que el seguro de la placa esté bien colocado para evitar que las baterías caigan durante vuelo.

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Indicadores del LED:

El LED indicador que se encuentra en el tren de aterrizaje enviará un color distinto para mostrar errores, cambios de modo de vuelo, perdida de señal de control remoto o fuertes ráfagas de viento:

Modo GPS Atti Modo Atti Modo Manual

IMU pérdida de datos

Mala señal de recepción

Ráfagas de viento

GPS: menos de 5 satélites

GPS: menos de 6 satélites

GPS: menos de 7 satélites

Conexión data-link y GSP

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Calibración:

Se debe realizar la calibración del dron al inicio de cada sesión de vuelo y cuando se agregan elementos que alteren el peso del equipo o la distribución de sus dispositivos.

Modo de calibración:

1. Conectar el dron a la batería 2. Poner el control de vuelo en modo GPS. 3. Esperar la localización de satélites. 4. Cambiar la palanca E del control remoto Futaba de modo Manual a GPS Atti aproximadamente 10 veces de manera

continua, hasta que el LED cambie de color de morado a azul. 5. Tomar el dron de los brazos y realizar de un giro de aproximadamente 360 grados de manera lenta sobre nuestro propio eje

hasta que el LED cambie a verde.

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6. Sujetar el dron de manera vertical, de tal manera que este paralelo a nuestro cuerpo; realizar un giro de aproximadamente 360 grados de de modo lento sobre nuestro propio eje hasta que el LED cambie a blanco.

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7. Colocar el hexacóptero en el piso.

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Carga de corriente para las baterías LiPo

Requerimientos:

• Fuente de poder eFUEL 12-18V, 30A. • Cargador IMAX - B6 duo • 2 balanceadores.

Procedimiento:

1. Fuente de poder: conectar la fuente de poder eFuel a la corriente.

2. Fuente de poder: verificar que el valor de voltaje de la fuente de poder esté entre los 16 y 18 voltios.

3. Fuente de poder y batería: conectar los cables de corriente y del balanceador de la batería al cargador IMAX.

El balanceador toma la lectura de las celdas para cargar y distribuir equitativamente la corriente en las baterías. Es importante verificar que los cables de energía y del balanceador del canal 1 correspondan con la misma batería, y lo mismo para los cables del canal 2 del cargador.

2.- Cargador: conectar el cargador IMAX-DUO a la fuente de poder, verificar que estén conectados positivo con positivo y negativo con negativo. 4. Cargador: seleccionar el modo de carga de batería tipo LiPo BALANCE. Este modo realiza una carga balanceada de todas

las celdas de la batería. El tiempo de carga es mayor que en otros modos. pero garantiza que todas las celdas distribuyan la misma cantidad de corriente eléctrica.

5. Cargador: los parámetros tienen que ser: LiPo Balance 6.2A y 22.2V (6S).

6. En todo momento se tiene que monitorear la carga de las baterías. Por ningún motivo deben dejarse sin supervisión o cargarse más del limite mencionado, ya que una sobre carga puede causar la explosión de la batería.

7. Cargador: Una batería se cargará entre 45 minutos y una hora. Si excede de este tiempo, verificar con el botón “+” que la lectura de cada celda esté lo más próximo al valor: 4.20.

8. Cargador: el cargador se detendrá automáticamente cuando las celdas estén perfectamente balanceadas. Si se tarda más de una hora, verificar manualmente la lectura de las celdas, si el valor está entre 4:18 volts y 40:20 volts detener manualmente la carga.

Consejos:

1.- Nunca mezclar baterías con distintos amperajes. 2.- Nunca descargar una batería por debajo de 3.0 V por celda: si baja de esta cantidad se dañará. 3.- Una batería no deberá exceder los 4.20 V por celda. 4.- Se recomienda siempre cargar la baterías en modo: LiPo BALANCE. 5.- Cuando una batería se deja de usar en un periodo de tiempo largo, se recomienda ponerla en modo Storage, para que el cargador balance la carga de las celdas en 3.4 V. De este modo, se alarga la vida de las baterías.

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